26
warna diukur setelah zat warna diatur pHnya sampai pH optimum dengan penambahan NaOH dan HCl. Masing-masing 50 mg biomassa aktif dan
biomassa terimmobilisasi natrium silikat dimasukkan ke dalam 25 mL limbah yang telah diatur pHnya sampai pH optimum kemudian digojog dengan shaker
pada kecepatan 120 rpm selama waktu kontak optimum. Biomassa dipisahkan dari medianya dengan sentrifugasi pada kecepatan 4000 rpm selama 5 menit.
Filtrat yang diperoleh ditentukan konsentrasinya dengan spektroskopi UV-VIS untuk mengetahui konsentrasi yang tidak diserap oleh biomassa. Konsentrasi
limbah zat warna yang diserap oleh biomassa adalah selisih antara konsentrasi awal larutan dengan konsentrasi yang tidak diserap oleh biomassa.
2. Desorpsi Endapan adsorben yang diperoleh setelah proses adsorpsi ditambah
25 mL aquades, kemudian diaduk dengan shaker pada kecepatan 120 rpm selama waktu kontak optimum. Setelah itu biomassa dipisahkan dari medianya
dengan sentrifugasi pada kecepatan 4000 rpm selama 5 menit. Filtrat yang diperoleh ditentukan konsentrasinya dengan spektroskopi UV-VIS untuk
mengetahui konsentrasi limbah zat warna yang terdesorpsi.
E. Teknik Pengumpulan Data
1. Gugus-gugus fungsi yang ada dalam biomassa diketahui dari hasil analisis spektroskopi IR di laboratorium Kimia Organik UGM Yogyakarta.
2. Analisa permukaan biomassa diukur dengan SAA di BATAN Yogyakarta. 3. Zat warna ditentukan konsentrasinya dengan alat spektroskopi UV-VIS.
F. Teknik Analisis Data
1. Gugus fungsi yang ada dalam biomassa diketahui dengan cara membandingkan puncak-puncak spektra spektroskopi IR dengan referensi
2. Luas permukaan biomassa dianalisis dengan metode BET, sedangkan rata-rata jejari pori dan volume total biomassa dianalisis dengan metode BJH.
27
3. Konsentrasi zat warna Remazol Yellow ditentukan berdasarkan data adsorbansi dengan spektroskopi UV-VIS. Data hasil pengukuran absorbansi diplotkan
dengan kurva standar sehingga konsentrasi zat warna dapat diketahui. 4. Besarnya konsentrasi zat warna Remazol Yellow digunakan untuk menghitung
nilai daya serap mgg dan persentase adsorpsi. Daya serap per gram biomassa =
xV m
Cterserap
Persentase adsorpsi =
100 x
Cawal Cterserap
Dengan : m
= berat adsorben g V
= volume larutan L Cterserap = konsentrasi yang terserap mgL
Cawal = konsentrasi awal larutan mgL
5. Kondisi optimum adsorpsi zat warna ditentukan dengan cara membandingkan kemampuan adsorpsi pada beberapa variasi pH 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 dan
beberapa variasi waktu kontak 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100 menit. Kondisi optimum yang diperoleh digunakan untuk menguji jenis isoterm adsorpsi
6. Jenis adsorpsi diketahui dari uji persamaan isoterm Langmuir dan Freundlich. Isoterm yang digunakan adalah isoterm yang mempunyai harga koefisien
regresi lebih besar. Isoterm yang diperoleh menunjukkan jenis adsorpsi yang terjadi
28
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Preparasi Adsorben
1. Penanaman Rhyzopus oryzae Rhyzopus oryzae
yang diperoleh dari PAU UGM berwarna putih yang dikemas pada ampul kecil. Pengembangbiakan Rhyzopus oryzae pada media cair
YEPD dilakukan pada suhu kamar melalui 2 tahap, yaitu dalam media YEPD starter sebagai media persemaian jamur dengan volume kecil dan media YEPD
yang lebih besar sebagai media penanaman yang volumenya lebih besar. Setiap sekali pertumbuhan jamur Rhyzopus oryzae digunakan media YEPD sebanyak
1 liter. Pengembangbiakan biomassa Rhyzopus oryzae pada YEPD dilakukan selama 96 jam, dimana 48 jam pertama untuk pembentukan starter atau media
persemaian dan pada 48 jam kedua untuk penanaman biomassa pada volume yang lebih besar. Pada penelitian ini dilakukan sebanyak 6 kali pertumbuhan biomassa
Rhyzopus oryzae dalam media YEPD dan diperoleh biomassa Rhyzopus oryzae
sebanyak 26,435 gram. Setelah dilakukan proses aktivasi dan immobilisasi pada natrium silikat diperoleh biomassa aktif sebanyak 3,958 gram dan biomassa
terimmobilisasi natrium silikat sebanyak 4,321 gram. YEPD mengandung nutrisi yang dibutuhkan biomassa Rhyzopus oryzae
yaitu berupa yeast ekstrak, pepton dan dekstrosa. Yeast ekstrak merupakan sumber asam amino dan vitamin. Pepton merupakan bentuk protein yang
terhidrolisis sebagai sumber nitrogen, sedangkan dekstrosa merupakan sumber karbon dan energi. Pada saat proses pengembangbiakan pada media cair YEPD
dilakukan shaking yang bertujuan agar nutrien yang ada pada YEPD lebih merata sehingga pertumbuhan spora jamur lebih optimum. Rhyzopus oryzae pada media
cair YEPD berbentuk pellet atau gumpalan-gumpalan berwarna putih dimana bila dipegang dengan tangan akan terasa kenyal.
Biomassa yang digunakan sebagai adsorben pada penelitian ini merupakan biomassa mati karena lebih menguntungkan dibanding biomassa hidup.
Keuntungan biomassa mati tersebut karena biomassa mati dapat disimpan pada
29
pada temperatur ruang selama kurun waktu yang cukup lama, tidak mengalami keracunan zat warna dan tidak membutuhkan nutrisi. Biomassa yang masih dalam
media YEPD dimatikan dengan cara diautoklaf pada suhu 121
o
C selama 15 menit.
2. Aktivasi dan Immobilisasi Biomassa Rhyzopus oryzae Perlakuan awal pada biomassa dapat meningkatkan daya serap biomassa.
Salah satu cara perlakuan awal biomassa adalah dengan cara aktivasi menggunakan basa NaOH. Aktivasi dengan basa NaOH bertujuan untuk
membersihkan kitin pada dinding sel jamur dari senyawa pengotor yang berupa lipid, protein, dan ion-ion pengganggu sehingga sisi aktif pada dinding sel jamur
yang berfungsi menyerap zat warna dapat ditingkatkan. Peningkatan sisi aktif pada dinding sel jamur ini dapat meningkatkan daya serap jamur tersebut terhadap
zat warna. Biomassa Rhyzopus oryzae yang telah diaktivasi dengan NaOH setelah dioven selama 12 jam menjadi kering dan berupa padatan yang berwarna coklat
muda. Perlakuan awal biomassa selain aktivasi NaOH bisa juga dilakukan
modifikasi biomassa dengan cara immobilisasi. Proses immobilisasi dilakukan pada bahan yang mempunyai luas permukaan dan volume pori cukup luas.
Penelitian ini digunakan natrium silikat karena harganya relatif murah dan telah dibuktikan oleh Santoso, S.S.D, 2005 bahwa immobilisasi biomassa
menggunakan natrium silikat dapat meningkatkan daya serap biomassa Aspergillus oryzae
terhadap logam Nikel II. Immobilisasi biomassa pada penelitian ini dilakukan setelah biomassa
diaktivasi terlebih dahulu dengan menggunakan NaOH agar penyerapannya lebih maksimal Kurang lebih 10 mL larutan natrium silikat dicampur dengan 75 mL
asam sulfat 5 hingga mencapai pH 2 diberi 5 gram biomassa Rhyzopus oryzae, kemudian diaduk selama 15 menit agar biomassa Rhyzopus oryzae dapat
terimmobilisasi dalam natrium silikat. Biomassa Rhyzopus oryzae yang telah diimobilisasi dengan natrium silikat dan dikeringkan dalam oven selama 12 jam
berupa butiran padatan berwarna putih. Warna putih ini dipengaruhi oleh warna
30
putih dari natrium silikat yang digunakan untuk mengimmobilisasi biomassa Rhyzopus oryzae.
Gugus-gugus yang ada pada biomassa Rhyzopus oryzae dapat dikarakterisasi dengan menggunakan spektroskopi infra merah. Analisis
permukaan biomassa Rhyzopus oryzae tersebut dilakukan dengan SAA.
3. Analisis Gugus Fungsi Analisis gugus fungsi dinding sel biomassa Rhyzopus oryzae tanpa
perlakuan awal, biomassa Rhyzopus oryzae aktif dan biomassa Rhyzopus oryzae terimmobilisasi natrium silikat menggunakan spektroskopi FTIR pada bilangan
gelombang 4000 – 400 cm
-1
.
Gambar 5. Spektra FTIR Biomassa Rhyzopus oryzae Tanpa Perlakuan Awal a, Biomassa Rhyzopus oryzae Aktif b dan Biomassa Rhyzopus oryzae
Terimmobilisasi Natrium Silikat c
31
Spektra FTIR gugusfungsi dinding sel biomassa Rhyzopus oryzae aktif disajikan pada Gambar 5. Data spektra FTIR selengkapnya ada pada Lampiran 1,
2, dan 3. Hasil analisis gugus fungsi Biomassa Rhyzopus oryzae tanpa perlakuan awal, biomassa aktif dan biomassa terimmobilisasi natrium silikat disajikan pada
Tabel 2. Tabel 2. Data Hasil Analisis Gugus Fungsi Biomassa Tanpa Perlakuan Awal,
Biomassa Aktif dan Biomassa Terimmobilisasi Natrium Silikat Bilangan Gelombang cm
-1
Gugus Fungsi
Biomassa Tanpa Perlakuan Awal
Biomassa Aktif Biomassa
Terimmobilisasi Natrium Silikat
Ulur O-H 3425,3
3444,6 3448,5
Ulur C-H 2923,9
2854,5 2920,0
2850,6 2962,5
Ulur C=O asam alifatik
1747,4 -
-
Ulur C=O amida 1639,4
1635,5 1635,5
Tekuk N-H amida 1639,4
1635,5 1635,5
Ulur C-O eter 1033,8
1033,3 1103,2
Ulur asimetri Si- O-Si
- -
1103,2
Si-OH -
- 960,5
Ulur simetri Si- O-Si
- -
794,6
Tekuk Si-O-Si -
- 470,6
Serapan pada bilangan gelombang 3425,3 cm
-1
pada spektra FTIR biomassa tanpa perlakuan, 3444,6 cm
-1
pada biomassa aktif dan 3448,5 cm
-1
pada biomassa terimmobilisasi natrium silikat menunjukkan adanya vibrasi vibrasi ulur O-H.
Lebarnya serapan pada bilangan gelombang gugus O-H ini kemungkinan karena adanya tumpang tindih dengan vibrasi ulur N-H amida. Serapan pada bilangan
32
gelombang 2923,9 cm
-1
dan 2854,5 cm
-1
pada spektra biomassa tanpa perlakuan perlakuan awal, 2920,0 cm
-1
dan 2850,6 cm
-1
untuk biomassa aktif serta serapan pada 2962,3 cm
-1
untuk biomassa terimmobilisasi natrium silikat menunjukkan adanya vibrasi C-H. Serapan pada bilangan gelombang 1747,4 cm
-1
untuk spektra biomassa tanpa perlakuan awal menunjukkan adanya vibrasi ulur C=O karbonil
asam. Serapan pada bilangan gelombang 1639,4 cm
-1
untuk spektra biomassa tanpa perlakuan awal, 1635,5 cm
-1
untuk biomassa aktif dan biomassa terimmobilisasi natrium silikat menunjukkan adanya tumpang tindih vibrasi ulur
C=O amida dan vibrasi tekuk N-H amida. Serapan pada bilangan gelombang 1033,8 cm
-1
untuk biomassa tanpa perlakuan awal dan 1033,3 cm
-1
untuk biomassa terimmobilisasi natrium silikat menunjukkan serapan ulur C-O eter.
Serapan pada bilangan gelombang 1103,2 cm
-1
pada spektra biomassa terimmobilisasi natrium silikat menunjukkan adanya tumpang tindih antara vibrasi
ulur C-O eter dan vibrasi ulur asimetri Si-O-Si. Serapan pada bilangan gelombang 960,5 cm
-1
untuk spektra biomassa terimmobilisasi natrium silikat menunjukkan adanya gugus Si-OH pada biomassa Rhyzopus oryzae terimmobilisasi natrium
silikat. Vibrasi ulur simetri Si-O-Si pada biomassa terimmobilisasi natrium silikat ditunjukkan pada bilangan gelombang 794,6 cm
-1
. Vibrasi tekuk Si-O-Si pada biomassa Rhyzopus oryzae terimmobilisasi natrium silikat ditunjukkan pada
bilangan gelombang 470,6 cm
-1
. Adanya gugus O-H, C-H, C=O amida, N-H amida, dan C-O eter pada spektra FTIR biomassa tanpa perlakuan awal, biomassa
aktif dan biomassa terimmobilisasi natrium silikat menunjukkan bahwa pada dinding sel biomassa Rhyzopus oryzae mengandung kitin.
Spektra FTIR biomassa tanpa perlakuan awal menunjukkan bahwa intensitas gugus C-H lebih banyak dibandingkan gugus O-H, sedangkan pada
spektra FTIR biomassa aktif dan biomassa terimmobilisasi natrium silikat menunjukkan bahwa intensitas gugus C-H lebih sedikit dibandingkan gugus O-H.
Hal ini kemungkinan karena pengaruh adanya pengotor pada biomassa tanpa perlakuan awal yang banyak mengandung gugus C-H. Pada spektra FTIR
biomassa tanpa perlakuan awal muncul serapan C=O karbonil asam dari asam amino protein. Protein ini merupakan pengotor pada biomassa tanpa perlakuan
33
awal, sedangkan pada spektra biomassa aktif dan terimmobilisasi natrium silikat tidak muncul serapan C=O karbonil asam dari asam amino protein yang
menandakan bahwa proses aktivasi dengan menggunakan NaOH dapat menghilangkan pengotor pada dinding sel biomassa yang berupa protein.
Spektra FTIR biomassa Rhyzopus oryzae terimmobilisasi natrium silikat muncul serapan pada bilangan gelombang 1103,2 cm
-1
, 794,6 cm
-1
, dan 470,6 cm
-1
yang menunjukkan adanya gugus Si-O-Si pada natrium silikat serta adanya serapan pada bilangan gelombang 960,5 cm
-1
yang menunjukkan adanya gugus Si-OH pada biomassa immobilisasi. Adanya gugus Si-O-Si dan Si-OH
menunjukkan adanya natrium silikat sebagai matrik yang mengimmobilisasi biomassa Rhyzopus oryzae.
4. Analisis Permukaan Karakterisasi suatu adsorben selain dilakukan dengan cara menganalisis
gugus fungsi pada adsorben tersebut, perlu juga dilakukan analisis permukaan adsorben. Analisis permukaan adsorben ini meliputi analisis luas permukaan
spesifik, volume pori komulatif, dan rata-rata jejari pori Luas permukaan biomassa dapat mempengaruhi kemampuan daya serap
biomassa tersebut sebagai adsorben, semakin besar luas permukaannya maka kemungkinan daya serapnya juga meningkat. Ukuran luas permukaan suatu
padatan sangat dipengaruhi oleh pori-pori dari padatan tersebut. Distribusi pori ini juga sangat penting dalam penentuan kemampuan adsorben. Padatan yang
mempunyai volume pori kumulatif kecil maka padatan tersebut baik bila digunakan untuk menyerap zat dalam jumlah yang kecil pula, sedangkan bila
volume kumulatifnya besar maka padatan tersebut dapat menyerap zat dalam jumlah yang besar. Distribusi pori suatu padatan selain dipengaruhi oleh volume
pori komulatif juga dipengaruhi oleh jari-jari pori. Berdasarkan jari-jari pori suatu padatan dapat dibedakan menjadi 3 macam,
yaitu material mikropori, mesopori dan makropori. Material mikropori baik bila digunakan untuk menyerap molekul-molekul berukuran kecil, sedangkan material
mesopori untuk molekul-molekul berukuran sedang, sedangkan material
34
makropori baik digunakan sebagai sorben molekul yang berukuran besar. Rata- rata jejari pori pada suatu padatan menunjukkan ukuran pori yang paling banyak
frekuensinya dalam material berpori tersebut. Data analisis permukaan biomassa aktif, natrium silikat, dan biomassa terimmobilisasi natrium silikat dengan
menggunakan alat SAA disajikan pada Tabel 3. Data selengkapnya ada pada Lampiran 4, 5, dan 6.
Tabel 3. Data Analisis Permukaan Biomassa Aktif, Natrium Silikat dan Biomassa Terimmobilisasi Natrium Silikat
Jenis Luas Permukaan
Spesifik m
2
g Volume Pori
Kumulatif 10
-3
ccg Rata-rata
Jejari Pori Å
Biomassa Aktif 0,385371
0,944343 49,009584
Natrium Silikat 106,282305
79,781728 15,013172
Biomassa Terimmobilisasi 199,359930
183,113035 18,370094
Tabel 3 menunjukkan bahwa luas permukaan dan volume pori kumulatif natrium silikat cukup besar, sehingga natrium silikat cukup baik bila digunakan
sebagai bahan untuk mengimmobilisasi biomassa Rhyzopus oryzae. Immobilisasi biomassa biasanya dilakukan pada bahan yang mempunyai luas permukaan dan
volume pori besar sehingga diharapkan dapat meningkatkan daya serap biomassa tersebut..
Luas permukaan spesifik biomassa terimmobilisasi natrium silikat bila dibandingkan luas permukaan matrik natrium silikat mengalami peningkatan
sebesar 87,58 hal ini menunjukkan bahwa immobilisasi biomassa dapat meningkatkan luas permukaan secara signifikan. Luas permukaan spesifik dan
volume pori kumulatif biomassa terimmobilisasi natrium silikat lebih besar dibandingkan biomassa aktif dan matrik natrium silikat. Hal ini disebabkan karena
pada biomassa terimmobilisasi natrium silikat telah diimobilisasi pada pendukung natrium silikat yang mempunyai volume pori-pori dan luas permukaan cukup
35
besar, sehingga diharapkan daya serap biomassa terimmobilisasi natrium silikat juga bisa meningkat.
Proses adsorpsi biomassa selain dipengaruhi oleh karakter biomassa sebagai adsorben, dimungkinkan juga dipengaruhi oleh kondisi pH larutan zat warna dan
lamanya waktu kontak terjadinya proses adsorpsi. Oleh karena itu pada penelitian ini dilakukan optimasi pH larutan zat warna Remazol Yellow dan optimasi waktu
kontak proses adsorpsi.
B. Proses Adsorpsi
